ỨNG DỤNG LOADCELL VÀO THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐO LỰC CẮT CÀNH CÂY CẢNH CỠ NHỎ

ỨNG DỤNG LOADCELL VÀO THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐOLỰC CẮT CÀNH CÂY CẢNH CỠ NHỎ TÁC GIẢ LÊ NGỌC ÂNPHAN THANH NAM Khóa luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành công ngh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG LOADCELL VÀO THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐO LỰC CẮT CÀNH CÂY CẢNH CỠ NHỎ

Họ và tên sinh viên: Lê Ngọc Ân Phan Thanh Nam Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện Tử

Niên khóa: 2014 - 2018

ỨNG DỤNG LOADCELL VÀO THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐO

LỰC CẮT CÀNH CÂY CẢNH CỠ NHỎ

TÁC GIẢ

LÊ NGỌC ÂNPHAN THANH NAM

Khóa luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành

công nghệ kỹ thuật cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn:

ThS Đào Duy Vinh

Để có được thành quả ngày hôm nay, trước tiên xin gửi lời cảm ơn đến gia đình

đã luôn ở bên, ủng hộ và tạo động lực để vững bước trên con đường học vấn

Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Khoa cơ khí công nghệ - Trường đại học NôngLâm TP.HCM đã tạo điều kiện học tập tốt nhất trong suốt thời gian qua Đặc biệt xingửi lời cảm ơn đến thầy Đào Duy Vinh, người đã hết lòng tận tụy giúp đỡ trong suốtquá trình làm tiểu luận Thầy luôn đưa ra những lời khuyên chính xác, kịp thời giúphoàn thiện tiểu luận

Bên cạnh đó, xin chân thành cám ơn những người bạn đã luôn ủng hộ tinh thần

để có thể hoàn thành tốt khóa luận

Sau cùng là lời cảm ơn chân thành về những ý kiến đóng góp của quý thầy cô

và tất cả bạn đọc

TP.Hồ Chí Minh, tháng năm 2018

Sinh viên thực hiện

TÓM TẮT

Đề tài: Ứng dụng Loadcell vào thiết kế chế tạo mô hình đo lực cắt cành cây cởnhỏ được thực hiện tại Xưởng CK6, Khoa Cơ Khí - Công Nghệ, Trường Đại HọcNông Lâm TPHCM

Mục đích của đề tài: Tính toán và khảo nghiệm lực cắt phù hợp với từng loạicây cảnh làm viền, từ đó giúp giảm được hao phí trong quá trình chế tạo được Robotcắt cây cảnh viền hoa

Nội dung của đề tài bao gồm:

Thiết kế phần khung mô hình cắt cành cây thí nghiệm dùng động cơ phát lực.Lắp đặt loadcell để đo lực cắt cành cây

Thiết kế mạch mạch điều khiển mô hình cắt cành cây thí nghiệm

Thiết kế mạch công suất điều khiển cơ cấu chấp hành của mô hình cắt

Đo và lưu giá trị độ lớn lực sinh ra trong quá trình cắt thử nghiệm

Khảo nghiệm điều chỉnh nhiều tốc độ cắt khác nhau

Mục Lục

LỜI CẢM ƠN 1

TÓM TẮT 2

Chương 1 MỞ ĐẦU 8

Đặt vấn đề 8

Chương 2 TỔNG QUAM 10

2.1 Quá trình cắt cành cây cảnh cở nhỏ 10

2.1.1 Áp suất cắt thái riêng q0 10

2.1.2 Độ sắc của lưỡi dao (y) 11

2.1.3 Vận tốc dao cắt 11

2.2 Một số cơ cấu cắt thường dùng 13

2.3 Một số thiết bị phục vụ xác định lực trong thí nghiệm 15

2.4 Một số máy đo cấu trúc thực phẩm thường được sử dụng 16

2.4.1 Máy đo cấu trúc thực phẩm CT3-10 của hãng Brookfield 16

2.4.2 Máy phân tích cấu trúc sản phẩm TMS-pro của hãng Food Technology 18 2.5 Một số loại cây cảnh trồng viền hoa 20

2.6 Một số linh kiện được sử dụng trong đề tài 21

2.6.1 Động cơ DC có giảm tốc 21

2.6.2 Cảm biến trọng lượng Loadcell 22

2.7 Sơ đồ nguyên lý mạch đọc tín hiệu của Loadcell 26

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

3.1 Nội dung 29

3.2 Phương pháp nghiên cứu 29

3.2.1 Phương pháp thực hiện 29

3.2.2 Phương tiện thực hiện Phần cứng 30

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

4.1 Mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ dùng loadcell 31

4.1.1 Cấu tạo mô hình 31

4.1.2 Nguyên lý cấu tạo của mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ 32

4.2 Tính toán thiết kế các bộ phận của mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ 32

4.2.1 Thiết kế và chế tạo khung đỡ của mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ 32

4.2.2 Thiết kế và chế tạo kết cấu chuyển động lưỡi cắt 33

4.2.3 Thiết kế chế tạo bàn cân 34

4.3 Thiết kế, chế tạo bộ phận điều khiển của mô hình đo lực cắt cành cây 35

4.3.1 Sơ đồ điều khiển mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ 35

4.3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 36

4.4 Lưu đồ giải thuật mô hình đo lực cắt cây cảnh sử dụng Loadcell 39

4.7 Khảo nghiệm lực cắt một số giống cây thường trồng tạo viền cây xanh 45

4.7.1 Đo lực cắt của cành cây chuỗi ngọc 45

4.7.2 Đo lực cắt của cành cây dừa cạn 51

4.7.3 Đo lực cắt của cành cây hoa chiều tím 57

4.7.4 Đo lực cắt của cành cây ác ó 63

4.8 Một số hình ảnh trong quá trình thực hiện đề tài 70

Chương 5 KẾT LUẬN 72

5.2 Kiến nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

Mục Lục Hì

Hình 1.1 Một số loại máy đo lực trong thực tế 10Y

Hình 2.1 Sơ đồ phân tích lực của quá trình cắt bằng lưỡi dao có góc mài 11

Hình 2.2 Đồ thi phụ thuộc q, Act, pt với v 12

Hình 2.3 Các loại dao cơ bản 13

Hình 2.4 Các dạng lưỡi dao cơ bản 14

Hình 2.5 Các dạng dao cắt 14

Hình 2.6 Một số kiểu đo cấu trúc thực phẩm 15

Hình 2.7 Máy phân tích cấu trúc CT3 Brookfield 16

Hình 2.8 Máy phân tích cấu trúc thực phẩm TMS-Pro 18

Hình 2.9 Một số loại cây cảnh trồng viền hoa 20

Hình 2.10 Động cơ DC có giảm tốc 21

Hình 2.11 Cảm biến trọng lượng Loadcell 50kg 23

Hình 2.12 Strain Gauge 23

Hình 2.13 Các loại Loadcell phổ biến 24

Hình 2.14 Một số ứng dụng của Loadcell trong công nghiệp 26

Hình 2.15 Sơ đồ mạch đọc tính hiệu Loadcell 26

Hình 2.16 Arduino Uno 2 Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo mô hình đo lực cắt cành cây cở nhỏ 31

Hình 4.2 Cấu tạo khung thiết bị đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ 32

Hình 4.3 Cấu tạo kết cấu chuyển động lưỡi cắt 33

Hình 4 4 Sơ đồ cấu tạo của bàn cân 34

Hình 4.5 Sơ đồ điều khiển mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ 35

Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 36

Hình 4.7 Sơ đồ mạch khuếch đại HX711 37

Hình 4 8 Sơ đồ mạch công suất VNH2SP30 38

Hình 4.10 Giao diện Matlab hiển thị lực và biểu đồ 40

Hình 4 11 Mô hình đo lực cắt chế tạo thử nghiệm 43

Hình 4.12 Biểu đồ thể hiện giá trị lực cắt cành cây chuỗi ngọc vị trí cách ngọn 50mm, 100mm, 150mm, 200mm 47

Hình 4.13 Biểu đồ thể hiện giá trị lực cành cây chuỗi ngọc vị trí cách ngọn 100mm góc cắt thay đổi lần lượt là 0°, 15°, 30°, 45° 49

Hình 4.14 Biểu đồ thể hiện giá trị lực cắt cành cây chuỗi ngọc ở vị trí cách ngọn 150mm với vận tốc cắt thay đổi lần lượt là 16.8 mm/s, 17.3 mm/s, 18.6 mm/s 51

Hình 4.15 Giá trị lực cắt cành cây dừa cạn ở vị trí cách ngọn lần lượt là 50mm, 100mm, 150mm, 200mm 53

Hình 4.16 Biểu đồ thể hiện giá trị lực cắt cành cây dừa cạn vị trí cách ngọn 100mm với góc cắt thay đổi lần lượt là 0°, 15°, 30°, 45° 55

Hình 4.17 Biểu đồ thể hiện giá trị lực cắt cành cây dừa cạn ở vị trí cách ngọn 150mm với vận tốc cắt thay đổi lần lượt là 16.8 mm/s, 17.3 mm/s, 18.6 mm/s 57

Hình 4.18 Giá trị lực cành cây chiều tím ở vị trí cách ngọn lần lượt là 50mm, 100mm, 150mm, 200mm 59

Hình 4.19 Biểu đồ thể hiện giá trị lực cắt cành cây chiều tím vị trí cách ngọn 100mm với góc cắt thay đổi lần lượt là 0°, 15°, 30°, 45° 61

Hình 4.20 Giá trị lực cắt cành cây chiều tím ở vị trí cách ngọn 150mm với vận tốc cắt thay đổi lần lượt là 16.8 mm/s, 17.3 mm/s, 18.6 mm/s 63

Hình 4.21 Biểu đồ thể hiện giá trị lực cành cây ác ó ở vị trí cách ngọn lần lượt là 50mm, 100mm, 150mm, 200mm 65

Hình 4.22 Biểu đồ thẻ hiện giá trị lực cắt cành cây ác ó vị trí cách ngọn 100mm với góc cắt thay đổi lần lượt là 0°, 15°, 30°, 45° 67

Hình 4 23 Giá trị lực cắt cành cây ác ó ở vị trí cách ngọn 150mm với vận tốc cắt thay đổi lần lượt là 16.8 mm/s, 17.3 mm/s, 18.6 mm/s 69

Hình 4.24 Mạch điều khiển của mô hình ứng dụng Loadcell đo lực cắt cây cảnh 70

Hình 4.25 Khảo nghiệm mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ 70

Hình 4.26 Mô hình ứng dụng Loadcell đo lực cắt cây cảnh cở nhỏ 71

Mục Lục Bản

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật của loadcell 25Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật của Arduino Uno 27YBảng 4.1 Hiệu chỉnh Loadcell về giá trị đúng (calibration) 44Bảng 4.2 Giá trị lực cành cây chuỗi ngọc vị trí cách ngọn 50mm, 100mm, 150mm,200mm 46Bảng 4.3 Giá trị lực cắt cành cây chuỗi ngọc ở vị trí cách ngọn 100mm với góc cắtthay đổi lần lượt là 0o, 15o, 30o, 45o 48Bảng 4.4 Giá trị lực cắt cành cây chuỗi ngọc ở vị trí cách ngọn 150mm với vận tốc cắtthay đổi lần lượt là 16.8 mm/s, 17.3 mm/s, 18.6 mm/s 50Bảng 4.5 Giá trị lực cắt cành cây dừa cạn ở vị trí cách ngọn lần lượt là 50mm, 100mm,150mm, 200mm 52Bảng 4.6 Giá trị lực cắt cành cây dừa cạn vị trí cách ngọn 10mm với góc cắt lần lượt là

0o, 15o, 30o, 45o 54Bảng 4.7 Giá trị cắt cành cây dừa cạn ở vị trí cách ngọn 150mm với vận tốc thay đổilần lượt là 16.8 mm/s, 17.3 mm/s, 18.6 mm/s 56Bảng 4.8 Giá trị lực cắt cành cây chiều tím ở vị trí cách ngọn lần lượt là 50mm,100mm, 150mm, 200mm 58Bảng 4.9 Biểu đồ thể hiện lực cắt cành cây chiều tím ở vị trí cách ngọn 100mm vớigóc cắt thay đổi lần lượt là 0o, 15o, 30o, 45o 60Bảng 4.10 Giá trị lực cắt cành cây chiều tím ở vị trí cách ngọn 150mm với vận tốc cắtthay đổi lần lượt là 16.8 mm/s, 17.3 mm/s, 18.6 mm/s 62Bảng 4.11 Giá trị lực cắt cành cây ác ó ở vị trí cách ngọn 50mm, 100mm, 150mm,200mm 64Bảng 4.12 Giá trị cắt cành cây ác ó ở vị trí cách ngọn 100mm với góc cắt thay đổi lầnlượt là 0o, 15o, 30o, 45o 66Bảng 4.13 Giá trị lực cắt cành cây ác ó ở vị trí cách ngọn 150mm với vận tốc cắt thayđổi lần lượt là 16.8 mm/s, 17.3 mm/s, 18.6 mm/s 68

Ví dụ như máy phân tích thành phần hóa học của kim loại Với nó việc kiểmtra xác định thành phần các nguyên tố hoá học trong thép, gang hay các hợp kim trởnên dễ dàng hơn đảm bảo được chất lượng trong các lĩnh vực sản xuất liên quan đếnkim loại và luyện kim như: sản xuất phôi thép, cán thép, chế tạo cơ khí, đúc gang, đúcthép, đúc kim loại màu, mạ kẽm, sản xuất tôn mạ kẽm/tôn lạnh, luyện kim màu…

Trong các ngành công nghiệp hiện nay việc dùng cảm biến để thay thế choviệc giám sát ngày càng nhiều trong đó load cell đang được ứng dụng ngày càng rộngrãi Điển hình như ứng dụng trong cân điện tử, kiểm tra khối lượng đã đạt tiêu chuẩnchưa trong các dây chuyền sản xuất hàng loạt, kiểm tra độ đàn hồi, độ cứng… trongcác sản phẩm tiêu dủng như thực phẩm, mỹ phẩm, nguyên liệu

Việc chế tạo mô hình trong khi nghiên cứu, chế tạo có nhiều ưu điểm như tiết

chi phí cần khi chế tạo sản phẩm, đánh giá được chính xác những ưu điểm, nhượcđiểm mà sản phẩm thật có thể mắc phải ngoài ra mô hình thu gọn còn có thể thu thậpđược các số liệu cần thiết mà không cần dùng sản phẩm thật giúp tiết kiệm được khônggian và công sức vận chuyển, thuận tiện cho việc sử dụng Trong đó để hỗ trợ cho việcchế tạo công cụ cắt tỉa cây cảnh hoạt động có hiệu quả nhất, giảm thiểu hao tổn nhiênliệu góp phần hoàn thiện robot tỉa viền cây xanh thì đề tài ứng dụng load cell trongviệc chế tạo mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ thực sự quan trọng nhằm tìm ra đượclực cắt hợp lý nhất cho một số loại cây cần thiết qua đó bổ trợ cho các nhóm kháctrong việc thiết kế được cơ cấu cắt tốt nhất cũng như chọn được động cơ hợp lý Do đó

mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ bằng load cell ra đời

Hình 1.1 Một số loại máy đo lực trong thực tế

2.1.1 Áp suất cắt thái riêng q 0

Đây là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình cắt đứt vật thái và liên quan đếncác yếu tố khác thuộc phạm vi vật thái và dao thái:

q o= Q

S (N/cm)Trong đó Q: Lực cắt thái [N]

S: Là đọan lưỡi dao thái vào vật [cm]

Viện sĩ Gơriatskin V.P đã làm thí nghiệm và kết quả khi cắt thái không trượt (τ = 0)

đối với cây thân cỏ cở nhỏ (D = 2-6mm) thì qo=20-40 (N/cm).

Khi cắt thái các vật có tính đàn hồi thì áp suất riêng gây ra 2 giai đoạn: Đầu tiên

là lưỡi dao nén ép vật cắt 1 đoạn, sau đó sẽ cắt đứt vật cắt Trong quá trình lưỡi dao đi vào vật cắt còn phải khắc phục các lực ma sát T1 do áp lực cản của vật cắt tác động vào mặt bên của lưỡi dao và T2 do vật cắt dịch chuyển bị nén ép tác dụng vào mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao (Hình 2.7) Nếu gọi P1 là lực cản của vật cắt thì:

N = P1 + T1 + T2 cosσ

2.1.2 Độ sắc của lưỡi dao (y)

Theo Reznik NE: Ta có thể tính theo công thức thực nghiệm:

Pt = 75*100,0019*q*V2,6+40 (N) (1)

Và vận tốc tối ưu khi cắt cây thân thảo cở nhỏ không tấm kê V0 = 25 - 30 (m/s),còn vận tốc tối ưu khi cắt có tấm kê V = 10 - 20 (m/s)

Hình 2.1 Sơ đồ phân tích lực của quá trình cắt

bằng lưỡi dao có góc mài

Hình 2.2 Đồ thi phụ thuộc q, Act, pt với va) Đồ thị phụ thuộc giũa q vào v b) Đồ thị của Act và Pt vào v

Qua nghiên cứu và thử nghiệm thì Đề tài: “Ứng dụng Loadcell vào thiết kế chếtạo mô hình đo lực cắt cành cây cảnh làm viền cở nhỏ” sử dụng động cơ có vận tốctrong khoảng 15-20mm/s ứng với số vòng quay từ 150 vòng/phút đến 203 vòng/phútđược tính theo công thức sau:

V = R.W (mm/s)

Để có được vận tốc (V =15-20 mm/s) thuận lợi cho quá trình cắt cành cây cảnh

cở nhỏ theo công thức (1) ta thiết lập được công thức sau:

Số vòng quay của động cơ được chọn nghiên cứu trong đề tài là 150 vòng/phút,

170 vòng/phút, 200 vòng/phút lần lượt ứng với vận tốc là 16,8 mm/s, 17,3 mm/s, 18,6 mm/s

2.2 Một số cơ cấu cắt thường dùng

Để có thể chế tạo được mô hình đo lực cắt cành cây cảnh thì việc tìm hiểu ứng dụng cơ cấu cắt vào mô hình là việc làm quan trọng nhằm có thể tìm được cơ cấu nào

là hiệu quả nhất, đo được lực chính xác nhất với từng cơ cấu

Cơ cấu cắt rất đa dạng, dựa vào một số đặc điểm sau mà phân loại:

Theo cấu tạo hình dạng của dụng cụ cắt bao gồm: Dao dạng đĩa phẳng, dạng đĩa răng, dạng phẳng, dạng dải răng, dạng lưỡi liềm, dạng hình chén, hình nón cụt, dạng cung cong, dạng chậu, dạnh đường xoắn

Hình 2.3 Các loại dao cơ bản

a Đĩa dao phẳng b Dao đĩa rang c Dao lưỡi bản d Dao dài rang

e Dao cắt lưỡi liềm f Dao dạng hình chén g Dao dạng dây

Theo hình dạng bề mặt cắt gồm có: lưỡi dao dạng răng, dạng sóng, dạng phẳng,dạng mài một mặt nhẵn, dạng mài 2 mặt nhẵn…

Hình 2.4 Các dạng lưỡi dao cơ bản

a Lưỡi răng nhọn; b Lưỡi răng cong; c Lưỡi mài 2 mặt nhẵn; d Lưỡi mài 1 mặt nhẵnTheo hình thức cắt gồm có: cắt dưới áp lực, cắt kiểu bào, rơi tự do, cắt tự do

Hình 2.5 Các dạng dao cắt

Theo vị trí của dụng cụ cắt gồm có: Cố định, tịnh tiến, quay, chuyển động giao động Chuyển động tương đối để cắt giữa vật liệu cắt và cơ cấu cắt được tạo thành bởi:

Vật liệu cắt chuyển động còn cơ cấu cắt cố định

Cơ cấu cắt chuyển động còn vật liệu cắt đứng yên.

Cả vật liệu lẫn cơ cấu cắt chuyển động

Qúa trình cắt sẽ diễn ra thuận lợi nếu chọn đúng dụng cụ cắt, chọn đúng loại chuyển động giữa vật liệu cắt và cơ cấu cắt

Tính đa dạng của phương pháp và thiết bị cắt tạo ra khả năng sử dụng các cơ cấukhác nhau trong việc chế tạo thiết bị đo

Đề tài Ứng dụng Loadcell vào thiết kế chế tạo mô hình đo lực cắt cành cây cở nhỏ sử dụng loại dao thẳng đứng, làm bằng lá thép dày 2-2.2mm được mãi nhẵn 1 góc 10o

2.3 Một số thiết bị phục vụ xác định lực trong thí nghiệm.

Trong thực phẩm, cấu trúc đặc trưng của sản phẩm tạo nên các tính chất cảmquan của nó chẵng hạn như: Màu, mùi, hình dạng, nhớt, dẽo, cứng, dai, giòn… Việcứng dụng công nghệ thí nghiệm hiện đại trong phân tích cấu trúc thực phẩm đã trở nênphổ quát, không chỉ để sản xuất ra một sản phẩm có chất lượng tốt mà còn để biết sảnphẩm đó có được chấp nhận hay không thông qua các thí nghiệm mô phỏng hành vicảm quan của người dùng như: cắn, xé, kéo, nén, bóp,…

Hình 2.6 Một số kiểu đo cấu trúc thực phẩmPhân tích cấu trúc là đo đếm các thuộc tính cơ học của vật liệu/sản phẩm Trong

đó vật liệu/sản phẩm sẽ chịu một lực tác dụng có kiểm soát của máy thông qua các đầu

đo mẫu từ đó các dữ liệu do cảm biến đo được (sinh ra từ phản ứng của vật liệu/sảnphẩm lên đầu đo mẫu) Sẽ được phân tích, thống kê và biểu diễn lại dưới dạng bảngbiểu hoặc đồ thị trực quan

2.4 Một số máy đo cấu trúc thực phẩm thường được sử dụng

2.4.1 Máy đo cấu trúc thực phẩm CT3-10 của hãng Brookfield

Hình 2.7 Máy phân tích cấu trúc CT3 BrookfieldMáy phân tích cấu trúc CT3 là dòng máy phân tích cấu trúc vật liệu bao gồmphân tích lực kéo, nén, đàn hồi, độ mềm, độ dai, độ xốp, bloom test, TPA test

Thao tác vận hành máy phân tích cấu trúc qua phần mềm kết nối máy tính, phầnmềm đáp ứng hầu hết các ứng dụng phân tích cấu trúc vật liệu

Màn hình hiển thị LCD có cổng kết nối RS232 để kết nối với máy tính

Nguyên lý hoạt động của máy phân tích cấu trúc thực phẩm CT3: là nén hoặckéo mẫu với các phụ kiện phù hợp Với việc điều khiển lực nén hoặc kéo bạn có thể

mô phỏng được hầu hết các điều kiện tác động trên dải rộng các sản phẩm thực phẩm,sản phẩm chăm sóc cơ thể hay các vật liệu công nghiệp Trở lực của vật liệu được đobởi một load cell chuẩn, kết quả được thể hiện bằng gram hoặc Newton Lực được đo

sẽ là đặc trưng của các thuộc tính của mẫu và tất cả các thông số của phép kiểm tra.Lực đo cung cấp tuổi thọ thực của giúp hiểu thấu được các tính chất vật lý bên trong

của một sản phẩm, thông tin có thể có giá trị nhất quán trong việc duy trì chất lượngsản phẩm, trong khi giảm thiểu chất thải trong sản xuất.

Có thể đo với khối lượng lên tới 50 kg

Có 10 phương pháp kiểm tra tùy chỉnh

Màn hình hiển thị trên máy phân tích cấu trúc CT3 rất dễ đọc và sử dụng, điều khiểntrực quan với người sử dụng

Cổng kết nối USB và cổng RS232 kết nối với máy tính để nhập – xuất dữ liệu dễ dàng.Với 2 bảng điều chỉnh cho phép sử dụng linh hoạt mẫu

Có các đầu dò khác nhau ứng với từng mẫu khác nhau nên đo rất chuyên nghiệp vàtiện lợi

Nhược điểm:

Giá thành cao

Kết cấu phức tạp

2.4.2 Máy phân tích cấu trúc sản phẩm TMS-pro của hãng Food Technology

TMS-Pro là một hệ thống đo và hân tích thực phẩm, nhằm phục vụ cho việc

nghiên cứu, thử nghiệm được lập trình hoạt động toàn bộ bằng máy tính cho môi trường phòng thí nghiệm Tùy chọn chương trình thử nghiệm và thu thập dữ liệu trong chế độ nén, kéo hay theo chu kỳ

Thông số kĩ thuật của máy phân tích cấu trúc thực phẩm TMS-Pro:

Khoảng đo lực: ± 2500 N (562 lbf, 255 kgf)

Độ phân giải lực: 0.015% của load cell sử dụng

Khoảng hành trình di chuyển: 320 mm (12.5 in.)

Độ phân giải vị trí hành trình: 2.5 micron (0.0025 mm)

Khoảng tốc độ di chuyển: 1 – 500 mm/phút

Độ chính xác tốc độ: ≤ ± 0.1% tốc độ cài đặt

Tốc độ thu thập dữ liệu: 16000 giá trị/giây, được sàn lọc 2000 giá trị/giây

Load cells: load cell loại thông minh, dễ dàng thay đổi trong vòng vài giây

Hình 2.8 Máy phân tích cấu trúc thực phẩm TMS-Pro

Các loại load cell: 2; 5; 10; 25; 50; 100; 250; 500; 1000; 2500N.

Nguồn điện: 120/220VAC, 50/60Hz

Tốc độ thu thập dữ liệu tối đa 2000 điểm/giây

Thay đổi dễ dàng 10 load cell từ 2 – 2500N trong vòng vài giây cho độ linhhoạt và chính xác tốt nhất

Bàn thử nghiệm và giá đỡ mẫu đa năng cho phép chấp nhận linh hoạt hơn các

bộ giá đỡ mẫu của hãng khác

Các phương thức mật khẩu bảo vệ cho người sử dụng và người quản lý

Nhược điểm:

Giá thành cao

Hệ thống máy tính xử lý phức tạp

2.5 Một số loại cây cảnh trồng viền hoa.

Hình 2.9b cây dừa cạn vàng, dừa vàng có nguồn gốc từ Mexico và vùng biểnCaribean và Trung Mỹ Cây thân thảo, mọc thành bụi, chiều cao từ 40-100 cm Lá dừavàng mọc đơn, hình mũi lao có răng cưa ở mép Bề mặt lá dừa vàng có lông nhám,nhiều gân nổi rõ trên bề mặt Hoa của cây mọc đơn độc từ nách lá có màu vàng tươiđặc trưng Mỗi hoa gồm 5 cánh, các cánh hoa mềm, mịn Cây ra hoa quanh năm

Hình 2.9c cây chuỗi ngọc là loài cây công trình thường dùng làm cây trồng viềncảnh quan sân vườn công viên, trường học, đường phố… Nhờ đặc tính phát triển bộ látốt và có thể cắt tỉa, khống chế chiều cao, tạo hình nên cây chuỗi ngọc thường đượcdùng là cây trồng viền tạo hàng rào hoặc đường viền lối đi được biết đến nhiều hơnnhư một loài hoa Chiều cao thân thường là từ 20-40cm.

Hình 2.9d cây chiều tím thuộc nhóm hoa lá màu được sử dụng nhiều trong côngtrình, thường trồng tạo khóm, đường viền, cây có hoa màu tím lá xanh quanh năm vàphát triển rất mạnh Cây chiều tím phát triển nhanh dễ trồng và tạo khóm, thường trồngkết hợp với một số hoa lá màu khác, cây có hoa tím nổi bật, cao khoảng 50-60cm, mọc

tự nhiên và chịu nắng rất tốt Lá cây thường xanh đậm, lá nhỏ và dài hình giáo mác,nhọn ở cuối lá, có gân nổi rõ, lá thường mọc đối có cuốn ngắn mọc sát thân, chiều dàikhoảng 15-20cm rộng khỏng 1cm

2.6 Một số linh kiện được sử dụng trong đề tài.

2.6.1 Động cơ DC có giảm tốc

Động cơ DC được cấu tạo từ hai phần chính gồm: Phần tĩnh (Stato) và Phầnứng (Roto)

Hình 2.10 Động cơ DC có giảm tốc1.Cực từ chính, 2 Dây quấn cực từ chính, 3 Dây quấn cực từ phụ, 4 Cực từ phụ,

Cấu tạo của động cơ DC có hộp giảm tốc thể hiện ở Hình 2.8a

Phần tĩnh (Stato) bao gồm các bộ phận: Cực từ chính, cực từ phụ, gông từ

Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kíchtừ

Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là nam châm vĩnh cửu Trong cácmáy công suất lớn, cực từ chính là nam châm điện

Lõi sắt cực từ làm bằng thép dày (0.5-1 mm) ép lại và tán chặt

Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện

Cực từ phụ: Đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm việc củamáy điện và đảo chiều

Gông từ dùng để cực từ và nối liền với các cực từ đồng thời để làm vỏ máy.Phần tĩnh (Roto) bao gồm: Lõi thép phần ứng, dây quấn phần ứng cổ góp

Lõi thép phần ứng dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật điệndày 0.5mm phủ cách điện rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây ra

Dây quấn phần ứng thường được làm bằng đồng có bọc cách điện

Nguyên lý hoạt động của động cơ DC có hộp giảm tốc

Động cơ điện một chiều thực chất là máy điện đồng bộ trong đó suất điện độngxoay chiều được chỉnh lưu thành suất điện động một chiều Để chỉnh lưu suất điệnđộng ta có hai đầu vòng dây được nối với hai phiến góp trên có hai chổi điện luôn tỳsát vào chúng Khi rôto quay, do chổi điện luôn tiếp xúc với phiến góp nối với thanhdẫn Vì vậy suất điện động xoay chiều trong vòng dây đã được chỉnh lưu ở mạch ngoàithành suất điện động và dòng điện một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi điện Đểsuất điện động một chiều giữa các chổi điện có trị số lớn và ít đập mạch, dây quấn rotothường có nhiều vòng dây nối với nhiều phiến góp làm thành dây quấn phần ứng và có

cổ góp điện (còn gọi là cổ góp hoặc vành đổi chiều)

2.6.2 Cảm biến trọng lượng Loadcell

Loadcell là những cảm biến lực (trọng lực, momen xoắn ) Loadcell có thể sửdụng điện trở, điện dung, hay bù lực điện từ nhưng phổ biến trên thị trường là loạiLoadcell thay đổi điện trở theo lực tác dụng

Loadcell dùng để chuyển đổi lực tác dụng lên loadcell thành tín hiệu điện

Hình 2.11 Cảm biến trọng lượng Loadcell 50kg

Nguyên lý cấu tạo của cảm biến Loadcell thể hiện ở Hình 2.11a

Loadcell có cấu tạo gồm các Strain gauge gắn lên bề mặt thân loadcell Thânloadcell là khối kim loại đàn hồi, tùy theo loại mà thân loadcell có nhiều hình dạng:dạng thân, dạng ống, dạng tròn, dạng đĩa…

Hình 2.12 Strain GaugeStrain gauge là thành phần cấu tạo chính của loadcell, nó bao gồm một sợi dâykim loại đặt trên tấm cách điện đàn hồi Để tăng chiều dài, người ta thường đặt nó theohình ziczac để tăng độ biến dạng khi lực tác dụng, qua đó tăng độ chính xác của cảmbiến sử dụng strain gauge.

Công thức tính điện trở:R= ρ l

S

Trong đó: R là điện trở của strain gauge

ρ là điện trở suất của kim loại làm strain gauge

S là tiết diện của strain gauge

Strain gauge: Thành phần cấu tạo chính của loadcell, nó bao gồm một sợi dâykim loại mảnh đặt trên một tấm cách điện đàn hồi Để tăng chiều dài của dây điện trởstrain gauge, người ta đặt chúng theo hình ziczac, mục đích là để tăng độ biến dạng khi

bị lực tác dụng qua đó tăng độ chính xác của thiết bị cảm biến sử dụng strain gauge

Phân loại của cảm biến trọng lượng Loadcell

Theo phương tác dụng lực loadcell được làm ba loại: Dạng nén, dạng uốn, dạng kéo Theo hình dạng: Dạng thanh, dạng chữ Z, dạng xoắn, dạng trụ

Theo tín hiệu mã hóa: Tính hiệu tương tự và tín hiệu số

Hình 2.13 Các loại Loadcell phổ biến

Đồ án sử dụng Loadcell đo lực cắt cây cảnh cỡ nhỏ sử dụng loại loadcell dạngnén 50kg

Nguyên lý hoạt động của cảm biến trọng lượng Loadcell

Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell, làm cho thân loadcell bịbiến kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổigiá trị của các điện trở strain gauges Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp

đầu ra

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật của loadcell.

Ứng dụng của cảm biến trọng lượng Loadcell

Cân khối lượng xe tải bằng Loadcell: Cân xe tải tải trọng nặng được dùng phổbiến trong các công ty với những sản phẩm đặc thù như sắt thép, bê tông, cảng biển,hoặc những đơn vị thường xuyên cân hàng quá khổ quá tải

Hình 2.14 Một số ứng dụng của Loadcell trong công nghiệp

Hệ thống đóng bao tự động kết hợp với cân tịnh: Sản phẩm được cho vào baonhờ có hệ thống cân tự động sử dụng loadcell để xác khối lượng phù hợp, sau đó tiếptục khâu sản xuất kế tiếp

2.7 Sơ đồ nguyên lý mạch đọc tín hiệu của Loadcell

Hình 2.15 Sơ đồ mạch đọc tính hiệu Loadcell

1 Loadcell 2 Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711 3 Arduino Uno

2.7.1 Arduino Uno R3

Hình 2.16 Arduino UnoArduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega328 Nó có thể xử

lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điềukhiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD…

Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật của Arduino Uno

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

2.7.2 Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711

Đây là mạch đọc giá trị cảm biến loadcell với độ phân giải 24bit và chuyểnsang giao tiếp 2 dây (clock and data) để gửi cho vi điều khiển/arduino

Hình 2.17 Mạch chuyển ADC HX711Thông số kĩ thuật HX711

Điện áp hoạt động: 2.7V – 5V

Dòng điện tiêu thụ: <1.5mA

Độ phân giải điện áp: 40mV

Kích thước: 38x21x10 mm

Thiết kế mạch điều khiển mô hình cắt cành cây thí nghiệm.

Thiết kế mạch công suất điều khiển cơ cấu chấp hành của mô hình cắt

Sử dụng phần mềm Mathlab để thiết kế giao diện điều khiển dùng để đo và lưugiá trị độ lớn lực sinh ra cũng như vẽ đồ thị biểu diễn lực cắt theo từng khoảng bánkính cành cây cụ thể, từng góc cắt cụ thể

Khảo nghiệm điều chỉnh nhiều tốc độ cắt khác nhau

Bố trí phương pháp thí nghiệm để thu thập số liệu sau đó xử lí số liệu thu được

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Phương pháp thực hiện

Xây dựng chế tạo mô hình dùng dao tác dụng lực vào cành cây đặt trên tấm đếhình vuông có bốn loadcell ở bốn góc như cấu tạo cân điện tử Lực tác dụng sẽ đượcbiến đổi thành tín hiệu điện qua Arduino để xử lí Tín hiệu thu được sẽ chuyển đổithành trị số thông qua code được lập trình từ trước, sau đó chuyển qua máy tính thôngqua cổng USB Thông số thu được sẽ được biểu diễn thành dạng đồ thị thông qua phầnmềm Mathlab qua đó ta tìm được lực cần tìm

3.2.2 Phương tiện thực hiện

Phần cứng

Arduino Uno R3 nguồn 5VDC

Loadcell 50kg 5Pcs

Động cơ DC có giảm tốc

Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711

Dao cắt 1 lưỡi đơn bằng thép

Cơ cấu tay quay con trượt gắn với lưỡi dao

Mạch điều khiển động cơ VNH2SP30

Phần mềm sử dụng trong đề tài

Phần mềm lập trình arduino Arduino IDE 1.8.5

Phần mềm vẽ cơ khí SOLIDWORKS 2016

Phần mềm tạo GUI và vẽ đồ thị MATLABS R2016a

Mô hình đo lực cắt cành cây cở nhỏ hoạt động theo nguyên lý cắt có tấm kê.Nguồn phát lực sử dụng loại động cơ DC có giảm tốc Dao cắt di chuyển theo phươngthẳng đứng nhờ sử dụng kết cấu tay quay con trượt Thân cây cắt thử nghiệm được đặttrên bàn có bố trí 4 loadcell ở bốn góc Giá trị lực cắt được loadcell ghi nhận và truyền

về máy tính thông qua phần mềm Matlab để hiển thị biểu đồ lực cắt sinh ra trong quátrình cắt

Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo mô hình đo lực cắt cành cây cở nhỏ

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ dùng loadcell

4.1.1 Cấu tạo mô hình

1 Khung 2 Tấm kê trên 3 Load cell 4 Khớp trượt

5 Khớp cầu 6 Tay quay 7 Động cơ DC có giảm tốc 8 Thanh trượt

9 Khung trượt 10 Hộp điều khiển 11 Lưỡi cắt 12 Tấm kê dưới

4.1.2 Nguyên lý cấu tạo của mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ

Nguyên lý cấu tạo của mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ thể hiện ở Hình 4.1Khi động cơ DC có hộp giảm tốc (7) quay, thông qua tay quay (6) làm lưỡi cắt (11)gắn với thanh trượt (8) chuyển động tịnh tiến vuông góc bàn kê cành cây (2) nhờ cơcấu tay quay con trượt Khi cành cây được để giữa bàn kê, lực sinh ra do dao tì vàocành cây phân bố đều trên 4 load cell (3) Sau đó được hộp điều khiển (10) xử lý vàtruyền dữ liệu vô máy tính

4.2 Tính toán thiết kế các bộ phận của mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ

4.2.1 Thiết kế và chế tạo khung đỡ của mô hình đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ

Hình 4.3 Cấu tạo kết cấu chuyển động lưỡi cắt

cố định khung 2 Thanh dọc giữa 3 Pad gắn động cơ

Phần khung đỡ cho thiết bị đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ được thể hiện ở Hình4.2 Khung chế tạo từ thép 30x30x1.2 chắc chắn, cân bằng sao cho thiết bị hoạt động

ổn định không bị rung lắc, độ bền cao

Để đảm bảo cho thiết bị hoạt động trơn tru thì pad gắn động cơ (3) bố trí trêncùng sao cho tay quay gắn với động cơ có không gian làm việc

Thanh dọc giữa (2) dùng để cố định khung trượt của cơ cấu tay quay con trượt Thanh ngang cố định khung (1) đảm bảo khung thêm phần vững chắc, giúp cốđịnh tấm đế của bàn cân

4.2.2 Thiết kế và chế tạo kết cấu chuyển động lưỡi cắt

Hình 4.2 Cấu tạo khung thiết bị đo lực cắt cành cây cỡ nhỏ

1 Lưỡi cắt 2 Thanh trượt 3 Khớp quay 4 Khớp cầu 5 Tay quay

6 Động cơ DC có hộp giảm tốc 7 Thanh truyền 8 Khung trượt

Cấu tạo kết cấu chuyển động lưỡi cắt là cơ cấu tay quay con trượt được thể hiệnnhư Hình 4.3, trong đó:

Động cơ DC có hộp giảm tốc (6) tạo ra chuyển động tròn

Tay quay (5), thanh truyền (7), khớp cầu (4), khớp quay (3) là những bộ phậncủa cơ cấu tay quay con trượt giúp biến đổi chuyển động tròn của động cơ thànhchuyển động tịnh tiến của thanh trượt (2)

Thanh trượt (2) gắn với lưỡi cắt (1) chuyển động tịnh tiến lên xuống dọc theokhung trượt (8)

Lưỡi cắt (1) tịnh tiến 1 khoảng bằng 2 lần chiều dài tay quay (5)

4.2.3 Thiết kế chế tạo bàn cân